Energia, povertà e sviluppo A. Clerici ABB S.p.A. - Presidente Onorario FAST 1
Indice 1) Premessa: una visione globale 2) Le risorse energetiche mondiali 3) Alimentazione di aree isolate 4) Conclusioni 2
1) Premessa: una visione globale 3
L energia è sempre più importante per lo sviluppo socioeconomico dell umanità. Popolazione mondiale 6,7 miliardi (300.000 nati/giorno) negli ultimi 10 anni: popolazione +12%; energia primaria +20%; elettricità +30% 1,6 miliardi di persone senza elettricità. L energia elettrica prevista per il 2030 è il doppio di quella del 2007 e assorbirà per la sua produzione il 44% delle risorse energetiche (36% nel 2007). La produzione di elettricità è causa del 40% della produzione di CO 2 da attività umane che contribuiscono però per meno del 5% alla totale CO 2 nell atmosfera. L Europa contribuisce per il 14%. PROBLEMA ENERGIA / AMBIENTE E GLOBALE TUTTI DEVONO CONTRIBUIRE 4
MToe La richiesta mondiale di energia primaria nello scenario di riferimento 2008: ~12.000 MTEP 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 Altre rinnovabili Idroelettrico Nucleare Biomasse 2008 0,4% 1,8% 6,5% 10% 8 000 Gas 21% 6 000 Carbone 26,3% 4 000 Petrolio 34% 2 000 0 1980 1990 2000 2010 2020 2030 IEA 2009 World Energy Outlook La domanda a livello mondiale aumenterà del 45% tra oggi ed il 2030 un tasso medio di aumento dell 1.6%/anno dove il carbone incide ben oltre un terzo dell incremento totale 5
Grandi differenze nell energia primaria pro-capite TOE per capita / anno 8 7 N. America 2.1 World population 6.7 billion Billion people 2 1.75 6 South Asia 1.50 5 4 Australasia CSI Europe Middle East Africa OECD Europe 27 1.25 1 3 2 E&SE Asia Latin America World 0.75 0.50 1 0.25 0 0 Elaborazione ENERDATA TOE per capita Billion people 6
Grandi differenze nell energia elettrica pro-capite 18 16 14 MWh / anno N. America E&SE Asia World population 6.7 billion 2 1.75 12 South Asia 1.50 10 8 6 4 2 Australasia Europe CSI Latin America Middle East Africa World OECD Europe 27 1.25 1 0.75 0.50 0.25 0 0 MWh per capita Billion people 7
Consumi elettrici pro-capite L Africa, con il 14% della popolazione mondiale, consuma solo il 3% dell elettricità globale. Il Sud Africa ha solo il 5% della popolazione africana, ma consuma il 50% della totale elettricità dell Africa. Escludendo i paesi del Nord Africa ed il Sud Africa, la principale fonte energetica per il resto della popolazione è il legname (> 85%)! Fonte: ENERDATA, World Energy Database, elaborazione WEC 8
Popolazione mondiale COUNTRIES GROUPS Population 2008 million Population 2030 million North America 341 410 Latin America 576 690 Western Europe 480 515 Eastern Europe 398 381 Africa 975 1,524 Middle East and South Asia 1,765 2,354 South East Asia and the Pacific 417 495 Far East 1,752 1,925 World Total 6,704 8,294 Africa by far the continent with the largest population growth: 1.5 billion people in 2030 with respect to present 1 billion ME and S. Asia + SE Asia and FE around 60% of world population 9
I 5 maggiori produttori nel mondo di CO 2 derivante da fonte energetica nello scenario di riferimento 2007 2020 Gt rank Gt rank Cina 6.1 1 10.0 1 USA 5.8 2 5.8 2 EU27 4.0 3 3.9 3 Russia 1.6 4 1.9 5 India 1.3 5 2.2 4 IEA 2009 World Energy Outlook I principali 5 emittori contribuiscono per il 70% delle emissioni a livello mondiale 10
2) Le risorse energetiche mondiali (elaborazioni dati WEC, WWEA, EPTA, GSE) 11
Combustibili Fossili 12
Carbone 2008 R/P RATIO 145 years 13
La Figura riporta in miliardi di tonnellate (GT) per il carbone le proved recoverable reserves (lignite inclusa), la produzione e il consumo attuale. A livello globale si può notare che: il rapporto riserve/produzione attuale è vicino ai 150 anni, Nord America, Europa ed Asia hanno riserve molto simili tra loro e pari ciascuna a circa il 28% delle totali riserve mondiali, produzioni e consumi nelle varie aree sono quasi bilanciati con l esclusione dell Australia che, con l esportazione del 50% circa della sua produzione, risulta il più grande esportatore mondiale di carbone, l Asia, (alla quale la Cina contribuisce con oltre il 60%) è di gran lunga il più grande produttore e consumatore di carbone con tassi di crescita impressionanti e che sono stati la causa dell incremento del prezzo del carbone e dell incremento dei prezzi di trasporto verso l Europa. 14
Petrolio 2008 15
Gas Naturale 2008 56 9 North America 57 Europe 70 >100 40 Asia South America Africa Middle East 29 Oceania R/P RATIO 58 years RESERVES 185 tcm PRODUCTION 3.2 tcm/year CONSUMPTION 3.2 tcm/year N.B.: Drastico cambio nel 2009 in US (shale gas) che raggiungono l indipendenza Le riserve di shale gas sono 4 volte quelle convenzionali 16
Le Figure precedenti riportano per il petrolio e il gas naturale il rapporto riserve/consumi attuali, le riserve, la produzione ed i consumi in miliardi di tonnellate per il petrolio ed in migliaia di miliardi di m3 per il gas. Sebbene a livello mondiale il rapporto riserve/consumi attuali sia di circa 40 anni per il petrolio e di circa 60 anni per il gas, appare chiaro come il rapporto stesso sia notevolmente diverso per le differenti aree geografiche, data la grande dipendenza mondiale dalle esportazioni del Medio Oriente ed i bassi consumi di Africa e Medio Oriente rispetto alla loro produzione. A livello globale la differente dislocazione dei giacimenti di petrolio e gas, rispetto alle aree di consumo, è la causa principale dei ben noti problemi socio - economico - politici che affliggono l umanità. 17
Particolarmente critica appariva nel 2008 la situazione del Nord America e dell Asia. A livello globale la situazione Europea sembra meno critica perché la Siberia (Russia) è considerata Europa; un analisi dettagliata rivela in realtà una serie di problematiche ben diverse tra Russia, Mare del Nord e Centro-Sud Europa. Nel 2009 la situazione in US si è trasformata notevolmente con gas derivato dagli scisti (shale gas); gli Stati Uniti hanno praticamente raggiunto l indipendenza per il gas. Le riserve di shale gas nel mondo sono 3-4 volte le riserve di gas naturale. Anche a causa della crisi finanziaria e del nuovo mercato Americano vi è un notevole surplus di gas per i prossimi anni, e si spera in un prezzo depresso anche per l Italia. 18
Per quanto riguarda le grosse risorse di oil shale (scisti bituminosi), l 80% delle riserve sono negli Stati Uniti. Per il bitume, le principali riserve sono in Canada (60%) ed in altri 20 paesi. Per gli olii extra pesanti, le riserve sono fondamentalmente localizzate in Venezuela (95%). Le riserve globali di scisti bituminosi, bitume ed oli extra pesanti superano quelle del petrolio. Un sostanziale incremento del loro utilizzo potrà verificarsi solo in concomitanza con una diminuzione delle riserve di petrolio ed il perdurare di suoi alti prezzi; occorre tuttavia notare che con un prezzo stabile del petrolio superiore a circa 80$/barile risulterebbe già conveniente la loro estrazione. In Canada erano allo studio la realizzazione di centrali nucleari per produrre l energia termica per l estrazione delle tar sands in Alberta, senza emettere CO 2 e sono stati sospesi a causa della crisi e crollo del prezzo del petrolio. 19
Energia Idroelettrica 20
Hydropower: Usage / Potential - 900 GW (20% dei globali 4.500 GW) - 3.200 TWh (17% dei globali) 21
Le grosse centrali costruite nel passato o recentemente completate (3 Gole in Cina) sono e saranno di gran lunga a breve-medio termine il maggior contributore nel campo delle fonti rinnovabili. La totale potenza idroelettrica installata è di 900 GW (~20% della globale potenza installata di 4.500 GW), con una produzione annua di 3.200 TWh, che rappresenta circa il 17% della totale energia elettrica prodotta a livello mondiale dalle diverse fonti. La totale capacità tecnicamente utilizzabile è pari a circa 16.000 TWh ed è quindi utilizzata a livello globale solo per il 16%; a livello locale l utilizzo è pari a circa il 70-75% per Europa e Nord America, mentre è del 7%, 22%, 33% e 49% rispettivamente per Africa, Asia, America Latina ed Australia. Il potenziale ancora utilizzabile in Africa, Asia ed America Latina è quindi enorme. Occorre notare la crescente opposizione ambientale alla realizzazione di possibili grosse centrali idroelettriche e/o le difficoltà politico/finanziarie a sviluppare progetti capital intensive (es. Inga nella Repubblica Democratica del Congo) in aree a basso consumo che necessitano poi lunghe linee di trasmissione che attraversano vari paesi per alimentare lontane aree di rilevante consumo. 22
Energie rinnovabili diverse dall idroelettrico 23
Relativamente all energia geotermica, la totale produzione elettrica è ~63 TWh (0.3 % del globale) e gli usi termici ~430 TWh (enorme sviluppo). La totale potenza elettrica installata a fine 2009 era ~10 GW, con gli Stati Uniti in testa (33%), seguiti da Filippine, Indonesia, Messico, Italia, Islanda, Nuova Zelanda. La totale potenza termica ~50 GW è più che triplicata dal 2000 e con Stati Uniti, Cina, Svezia, Norvegia, Giappone e Turchia dominanti. Il potenziale geotermico mondiale per produzione di energia elettrica è stimato da 35 a 150 GW (tra l 1% ed il 4% della totale potenza da ogni tipo di fonte primaria oggi installata nel mondo). Il grosso potenziale termico sta avendo un impressionante sviluppo con l applicazione delle pompe di calore che contribuiscono per oltre il 50% degli usi termici. 24
L eolico, è la fonte che ha avuto il massimo sviluppo nel recente passato, ~30% per anno (+38 GW nel 2009 = +31,7%). A fine 2009 la potenza installata nel mondo era di 160 GW in 82 paesi (~300 TWh 1,5% della totale energia elettrica prodotta): Vedere Tabella separata per i primi 10 Paesi Il potenziale annuo è 1,5 volte i totali consumi di energia ma: variabilità nel tempo dell effettiva potenza disponibile, le principali aree ventose sono scarsamente popolate (es. Patagonia) e problemi / costi di connessione alla rete. l incremento delle opposizioni ambientali (specie in Italia). Gli sviluppi off-shore (con generatori da 5 MW ed oltre) sono la nuova frontiera; ora solo 5% (2000 MW in servizio a fine 2009) Dal 2004 l Europa è scesa nella market share di nuove installazioni all anno dal 70 al 27% mentre il Nord America è salito da 6 al 30% e l Asia dal 18 al 40% (effetto Cina). 25
Eolico al 31/12/2009 nei primi 10 paesi su 82 Potenza cumulata (MW) (1) Energia (2) prodotta in % Potenza connessa nel 2009 (MW) Stati Uniti 35.260 (1%) 9.900 Cina 26.000 (1%) 13.800 Germania 25.800 (9%) 1.800 Spagna 19.150 (12%) 2.450 India 10.900 (3%) 1.360 Italia 4.850 (2,5%) 1.115 Francia 4.500 (1,5%) 1.115 Inghilterra 4.100 (2%) 900 Portogallo 3.550 (15%) 670 Danimarca 3.500 (19%) 335 137.550 33.345 86% di 160.000 MW 88% di 38.000 MW Elaborazioni da WWEA (1) La totale potenza cumulata off-shore è 2.000 MW con Inghilterra e Danimarca con ~650 MW ciascuno. (2) Percentuale di energia elettrica generata da eolico rispetto alla totale produzione nazionale 26
Relativamente all energia solare, la totale radiazione annua che raggiunge la superficie dei continenti è di oltre 1.000 volte i consumi totali attuali di energia primaria da parte dell umanità. A fine 2009 la totale potenza installata in impianti fotovoltaici nel mondo era pari a circa 23.000 MW in 50 paesi, con ~7.200 MW realizzati nel solo 2009 (~3.800 in Germania e ~720 in Italia). La totale produzione di elettricità è stata di ~20 TWh. Vedere Tabella separata per i primi 10 paesi. Le possibili ridotte ore di utilizzo, i costi elevati e l attuale bassa efficienza della trasformazione necessitano di forti incentivi per l applicazione e gli sviluppi. Per quanto riguarda la produzione solare termica (acqua calda), questa è risultata pari a 100 TWh dai circa 400 milioni di m 2 di collettori. Altre possibili tipologie di impianti per la trasformazione in energia elettrica dell energia solare sono in fase di sviluppo (il solare termodinamico vedeva 350 MW in servizio a fine 2005 ed ora 3000 MW in fase di realizzazione od in funzione; di questi circa 2000 in Spagna). 27
Fotovoltaico al 31/12/2009 nei primi 10 paesi su 50 Potenza cumulata (MW) Potenza connessa nel 2009 (MW) Germania 9.700 (1) 3.800 Spagna 3.380 (2) 70 Giappone 2.600 484 Stati Uniti 1.650 475 Italia 1.150 (3) 720 Sud Corea 520 170 Repubblica Ceca 465 (4) 410 Belgio 365 290 Cina 300 160 Francia 270 185 Elaborazioni da EPTA e GSE (1) Boom in vista cambio legislazione (dai 1.500 MW dell'anno precedente) (2) Crollo dai 2.600 MW dell'anno precedente per cambio legislazione (3) Legato (come nel 2010) ad ultimi 2 anni del vecchio conto energia (4) Dovuto a speciali incentivi non ripetibili 28
Relativamente all energia marina: dalle maree ci sono molti siti tecnicamente utilizzabili, ma non lo sono ancora a livello economico. La totale potenza producibile dai quattro siti più promettenti ammonterebbe a circa 50 TWh all anno (0,3% dell attuale globale produzione di elettricità); dalle onde esiste una pletora di idee e progetti, ma non esistono tecnologie pronte per uno sviluppo industriale. Apprezzabili contributi al sistema energetico sono previsti per la fine del secolo; per la conversione di energia termica degli oceani (OTEC), che sfrutta la differenza di temperatura tra l acqua in superficie e quella a circa 1000 metri di profondità, non esiste ancora un vero impianto sperimentale ed i costi sono elevati (da 7000 $/kw ad oltre 15.000). Possibili interessanti sviluppi sono connessi alla produzione di acqua potabile. Alcune ipotesi molto ottimistiche prevedono 10 GW nel 2020 (0,3% della globale potenza installata nel mondo), 20 GW nel 2030 e 100 GW nel 2050. 29
Per quanto riguarda l utilizzo del legno e derivati, occorre notare che ne sono stati utilizzati come combustibile nel 2006 circa 2,5 miliardi di m3, pari a circa 2 miliardi di tonnellate corrispondenti a ~ il 5% dei consumi mondiali di energia. Oltre il 70% è consumato in Asia e Africa; l energia dal legno è ancora la fonte dominante per 2 miliardi di persone dei paesi in via di sviluppo. Paesi come il Brasile, Austria, Canada, Finlandia, Germania, Svezia e Stati Uniti hanno adottato politiche energetiche per incrementare l utilizzo del legno e derivati nel loro energy mix. 30
Per le biomasse diverse dal legno e includenti agro-combustibili (etanolo, biodiesel, ecc.) ed i rifiuti urbani, occorre notare che sono potenzialmente la maggior sorgente di energia sostenibile, con un potenziale teorico contributo annuale pari a circa 7 volte gli attuali consumi energetici mondiali. Già tuttora sono il principale contributore di energia tra le nuove rinnovabili. Il problema di fondo non è la disponibilità delle biomasse, ma il management sostenibile di produzione ed uso delle bioenergie senza alterare l ambiente ed i raccolti per le industrie agroalimentari. Il discorso sarebbe lungo e merita di essere trattato in una nota separata. 31
Nucleare - 370 GW (8,2% dei globali 4.500 GW) - 2.600 TWh (13,7% dei globali 19.000 TWh) Reattori in servizio o in costruzione per continente al 13/09/2010 In esercizio (1) In costruzione (2) N. MW N. MW Europa 195 169.952 19 16.941 Nord America 124 114.616 1 1.165 Asia 116 85.505 38 38.541 Sud America 4 2.819 2 1.937 Africa 2 1.800 0 0 TOTALE 441 374.692 60 58.584 Elaborazione A. Clerici su fonte IAEA (1) Per la maggior parte dei reattori in esercizio estensione della vita di circa 20 anni. (2) Principali paesi con reattori in costruzione: Cina n 23 reattori Russia 11 Sud Corea 5 - India 4 n 2 reattori per Giappone, Slovakia, Bulgaria, Taiwan, Ukraina e n 1 reattore per Argentina, Brasile, Finlandia, Francia, Iran, Pakistan, USA. Riserve di uranio con consumi e tipologie di reattori attuali > 150 anni; con avvento reattori di 4 generazione (2040) consumi ridotti di 80 volte. 32
3) Alimentazione di aree isolate 33
La problematica di fornire energia a popolazioni che non ne dispongono dipende in molti casi alla scarsa abitativa in aree rurali e la loro distanza da porti e grandi arterie di comunicazione. Usualmente l elettricità viene prodotta con Diesel locali poco efficienti e trasportando il combustibile via terra con notevoli costi ed emissioni (visti trasporti per oltre 1.000 km). 34
Le alternative sono: Utilizzo di risorse energetiche locali (biomasse, miniidro, ecc); Trasportare energia elettrica da sorgenti economicamente interessanti. L eventuale utilizzo del Fotovoltaico non risulta, con i costi attuali, una soluzione praticabile su larga scala e includerebbe riserva di energia convenzionale. L eolico non è conveniente in molte aree interne e valgono le stesse problematiche del fotovoltaico. 35
Load Centres fed by local plants (A) or from cheap plants/interconnected systems (B) ~ 36
Transmission System arrangement SC = Series Compensation, SR = Shunt Reactors, SVC = Static Var Compensation HV: 138 kv or 230 kv 37
In località dove l elettricità non c è per 365 giorni / anno e dove i possibili carichi sono dell ordine del MW (con successivo drastico incremento appena si ha energia), non occorre considerare inizialmente costosi sistemi basati su modelli Europei con valorizzazione del kwh non fornito di oltre 2. Anche sistemi con semplice circuito iniziale di alimentazione sono più che soddisfacenti. Se le esigenze di continuità fossero assunte come crescenti nel tempo con il carico e quindi con lo sviluppo socio-economico del paese, l alternativa di una terna iniziale seguita da una seconda al raddoppio del carico, potrebbe essere competitiva. 38
Considerando: villaggi con una distanza di 700 km dal porto più vicino, costo del kwh da una centrale o da un sistema interconnesso di 5-6 c$/kwh, carichi iniziali da un minimo di 2 MW con tasso di incremento del 10% all anno (ipotesi cautelativa), prezzi del petrolio al porto di 55 e 75 $ / barile (ormai superati dalla storia), costi di O&M del sistema di trasmissione pari a 2% all anno dell investimento iniziale, Si hanno i seguenti risultati da una serie di studi svolti: 39
Trasporto di elettricità rispetto a generazione locale 40
Trasporto di elettricità rispetto a generazione locale 41
Un esempio concreto di tali sistemi è quello realizzato a 230 kv con singola terna per alimentare zone isolate nel deserto algerino distanti 500 km dalla rete interconnessa e con particolari tecnologie ora disponibili per la trasmissione su lunghe distanze anche di piccole potenze. 42
4) Conclusioni 43
Non esistono scarsità di risorse energetiche a livello globale. Il problema è la diversa localizzazione tra risorse e consumi e la grande disparità nei consumi per abitante nelle varie regioni. Africa ed Asia sono le regioni dove è concentrata la maggioranza degli 1,6 miliardi di persone senza elettricità e d altra parte sono le regioni che hanno sviluppato di meno le enormi potenzialità idroelettriche e delle biomasse. Sia progetti di sviluppo locale di grandi centrali a basso costo (Inga, Camerun, Etiopia, Cina, SE Asia) abbinate a sistemi di trasmissione e distribuzione, sia lo sviluppo di centrali di medie dimensioni (centinaio di MW) che alimentano radialmente più aree isolate (economia di scala e diversità dei prelievi di carico) sono strade da percorrere. 44
Le prime vedono chiaramente tempi lunghi, le seconde sono più praticabili a breve purché si adottino tecnologie e livelli di affidabilità, iniziali consoni ai locali livelli di industrializzazione. Chiaramente con l evolversi dello sviluppo socioeconomico i livelli di affidabilità andranno aumentati. Non possiamo uccidere il bambino nella culla con costi esorbitanti per l energia fornita legati a standards non applicabili. 45
Grazie per l ascolto 46